鋰離子電池層狀氧化物陰極材料結構變化的復雜性探討

　　鋰離子電池應用圖

　　可充電鋰離子電池（LIB）是能量密度高、循環壽命長的電動車輛最有前途的儲能系統。但是，為了滿足用戶對快速充電的需求，目前LIB的功耗表現需要改進。從陰極方面看，層狀結構的陰極材料在當今市場上被廣泛使用，并將在不久的將來繼續發揮重要作用。層狀正極材料在充放電過程中的高倍率性能對于整個電池的功率性能至關重要，其中熱穩定性與安全性問題密切相關。因此，深入了解高倍率充放電過程中層狀正極材料的結構變化以及加熱時的熱穩定性，對于開發新材料和改進現有材料至關重要。由于結構變化是從原子級到整個電極級發生的，涵蓋多級尺度的表征技術的組合非常重要。在許多情況下，這意味著使用包括衍射、光譜學和成像在內的全面工具來區分表面與大塊，并獲得具有不同空間分辨率級別的結構/化學信息。近日，布魯克黑文國家實驗室的Xiao-Qing Yang和中科院物理研究所的禹習謙研究員（共同通訊）等人介紹了近年來研究層狀結構陰極材料的動力學和熱性能，特別是高速循環過程中的結構變化和加熱過程中的熱穩定性。比較了高速循環陰極材料和低循環陰極材料的不同結構演化行為，并討論了個別過渡金屬的不同反應和化學分布的不均勻性。對于熱穩定性，文章著重指出結構變化與氧釋放之間的關系。在所有這些正在進行的研究中，先進的表征技術被批判應用于揭示具有多層結構的層狀結構陰極材料的復雜性。